1ère ES/L Cours – THÈME 4 - Chapitre 13 : Énergie : conversion, transport, stockage 1/6
T T H HÈ ÈM ME E 4 4 : : L L E E D DÉ ÉF FI I É ÉN NE ER RG GÉ ÉT TI IQ QU UE E
Chapitre 13 : Énergie : conversion, transport, stockage (p. 227)
Savoir-faire :
Schématiser une chaine énergétique pour interpréter les transformations d’énergie en termes de conversion et de dégradation.
Identifier les différentes formes d’énergie intervenant dans une centrale thermique à combustible fossile ou nucléaire.
Interpréter l’équation d’une réaction nucléaire en utilisant la notation symbolique du noyau XZA .
À partir d’exemples donnés d’équations de réactions nucléaires, distinguer fission et fusion.
Exploiter les informations d’un document pour comparer :
les énergies mises en jeu dans des réactions nucléaires et dans des réactions chimiques ;
l’utilisation de différentes ressources énergétiques.
Rechercher et exploiter des informations pour comprendre :
la nécessité de stocker et de transporter de l’énergie ;
l’utilisation de l’électricité comme mode de transfert de l’énergie
la problématique de la gestion des déchets radioactifs.
Analyser une courbe de décroissance radioactive.
Faire preuve d’esprit critique : discuter des avantages et des inconvénients de l’exploitation d’une ressource énergétique, y compris en terme d’empreinte environnementale.
Activité n°1 : L’utilisation des ressources énergétiques Correction :
I- Centrale électrique thermique à combustible FOSSILE 1. PRINCIPE DE LA COMBUSTION
1.Le combustible est l’arbre et le comburant est le dioxygène de l’air.
2.Les produits obtenus si la transformation est totale sont du dioxyde carbone et de l’eau.
2. MODÉLISATION DE LA RÉACTION DE COMBUSTION
3. Les réactifs sont le méthane est le dioxygène, les produits sont le dioxyde de carbone (gaz carbonique) et l’eau.
4. La modélisation de la réaction de combustion du méthane est : CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 3. DANS LES CENTRALES THERMIQUES
5.
II- Centrale électrique thermique à combustible NUCLÉAIRE 1. PRINCIPE DE LA RÉACTION DE FISSION
6.Le noyau d’un atome contient des nucléons : protons et neutrons.
7.La notation XZA d’un noyau d’un atome représente : A : le nombre de nucléon, Z : le nombre de proton et X : le symbole de l’élément chimique.
8.Un noyau fissile correspond à un noyau qui peut subir une fission nucléaire.
9. Au cours d’une réaction nucléaire de fission un noyau très lourd peut se scinder, sous l’effet d'un bombardement par de neutron, en noyaux plus petits et plus stables.
10. Non, dans une réaction nucléaire il n’y a pas conservation des éléments chimiques, ils sont modifiés.
turbine
brûleur alternateur
Énergie chimique
Énergie thermique
Énergie mécanique
Énergie électrique Énergie thermique perdue
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11. Comme il y a conservation du nombre de masse on a : 235 + 1 = 93 + 140 + nx1 donc n = 236 – 233 = 3.
2. DANS LES CENTRALES
12.
III- Réaction de fusion 1- PRINCIPE DE LA FUSION
13. Lors d’une réaction nucléaire de fusion, deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd.
14.Non, dans une telle réaction nucléaire il n’y a pas conservation des éléments chimiques, ils sont modifiés.
15. L’équation de la réaction de fusion de l’animation est : 12H + H13 He24 + n01 Il y a conservation du nombre de masse (de nucléon) et du nombre de charge.
2- DANS LA FUTURE CENTRALE ITER
16.Ce type de réactions nucléaires s’effectue naturellement dans le Soleil et les étoiles.
17.L’avantage de la fusion sur la fission est qu’elle est moins dangereuse (pas d’emballement incontrôlé), elle produit peu de déchets radioactifs et elle produit plus d’énergie.
IV- Le soleil siège de réactions de fusion nucléaire
18.La différence entre la fusion au sein du soleil et au sein d’ITER est que dans le Soleil les réactifs sont le noyau d’hydrogène (proton, H11 ) tandis que dans ITER se sont le deutérium ( H21 ) et le tritium ( H31 ).
19.Les étoiles symbolisent la fusion temporaire des deux réactifs.
20.La réaction nucléaire de fusion de la partie supérieure de la figure est : 11H + H11 H12 + e10 Ce qui fait E = 8,24.1014 x 3600 = 2,96.1018 J
21.La fission est plus facile à déclencher mais la fusion est plus facile à contrôler.
V- Conversion d’énergie pour les ressources renouvelables
22. a. Source : le Soleil b. Énergie solaire c. Cellule photovoltaïque
a.Source : l’eau b.Énergie potentielle de position c.Alternateur
a.Source : courants sous marins b.Énergie cinétique c.Alternateur
a. Source : la Terre b. Énergie thermique c. Alternateur Énergie
thermique
Énergie cinétique
Énergie mécanique
Énergie électrique Turbine
Eau Alternateur
Énergie thermique perdue Terre
Énergie cinétique
Énergie mécanique
Énergie électrique Turbine
Courants marin Alternateur
Énergie thermique perdue Énergie
cinétique
Énergie mécanique
Énergie électrique Turbine
Eau Alternateur
Énergie thermique perdue Énergie
solaire
Énergie électrique Cellule photovoltaïque
Soleil
Énergie thermique perdue Énergie
nucléaire
Énergie thermique
Énergie mécanique
Énergie électrique turbine
cœur du
réacteur alternateur
Énergie thermique perdue
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I- Conversions d’énergie Bilan : (page 238)
Les différentes formes d’énergies se convertissent entre elles en permanence.
L’énergie ne se consomme pas au sens où elle disparaîtrait, mais elle se transforme.
Ces conversions sont modélisées par une chaîne énergétique.
II- Les transformations utilisées dans les centrales électriques thermiques 1. Principe de fonctionnement des centrales thermiques
Bilan : (page 238)
Dans une centrale électrique thermique, l’énergie stockée dans la ressource énergétique est convertie en énergie thermique. Cette énergie thermique vaporise de l’eau. La vapeur sous pression entraîne une turbine couplée à un alternateur qui produit de l’énergie électrique.
En raison des pertes, inévitables dans toute chaîne énergétique, l’énergie exploitable en sortie de chaîne est toujours inférieure à l’énergie utilisée en entrée de chaîne. On parle de dégradation d’énergie.
2. La combustion : une transformation chimique Bilan : (page 238)
Une combustion est une transformation chimique entre un combustible (bois, charbon, fioul, gaz naturel) et un comburant (généralement le dioxygène de l’air).
La combustion forme du dioxyde de carbone (CO
2) et de l’eau (H
2O) et dégage de l’énergie thermique.
3. La fission et la fusion : des transformations nucléaires Bilan : (page 238)
Lors d’une réaction nucléaire, le nombre de nucléons A et la charge électrique sont conservés.
Lors d’une réaction de fission nucléaire, l’impact d’un neutron casse un noyau lourd en deux noyaux plus légers.
Exemple : réaction de fission d’un noyau d’uranium 235 Équation : U
23592+ n
01
Sr
3894+ Xe
13954+ 3 n
01La fission est utilisée dans les centrales thermiques nucléaires.
Lors d’une réaction de fusion nucléaire, deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd.
Exemple : réaction de fusion du deutérium et du tritium Équation : H
21+ H
31
He
24+ n
01La fusion a lieu dans le Soleil et on cherche actuellement à la maitriser (projet ITER).
Pour une même masse de ressource énergétique, une réaction de fission nucléaire dégage beaucoup plus d’énergie (≈ 100 000 fois) qu’une réaction chimique de combustion ; et une réaction de fusion de 100 à 1 000 fois plus qu’une réaction de fission.
Exercices n°2 (sauf 3) p. 242, n°5 p. 243 et n°7 p. 244
